CS201942B1 - Asymetrický laserový interferometr s polarizujícím děličem - Google Patents

Description

Vynález se týká asymetrického laserového interferometru, který používá polarizující dělič pro rozdělení svazků a dále není symetrický z hlediska chodu paprsků a umístění optických členů v obou větvích interferometru.

Laserový interferometr sestává ze zdroje lineárně polarizovaného světla, například jednofrekvenčního laseru, dále z vlastního interferometru a z detekční jednotky, ze které jsou vedeny signály k vyhodnocovací elektronice. Vlastní interferometr, jehož se vynález týká, sestává obvykle z dělicí jednotky, která rozdělí vstupní svazek na referenční a měrný a ze zpětných odrazných systémů, z nichž nejméně jeden je posuvný. V některých případech jsou mezi dělicí jednotku a jeden posuvný systém vloženy další optické členy, které způsobí asymetrii interferometru a tedy různé ztráty v referenční a měrné větvi interferometru.

Nevýhodou dosavadních typů interferometrů je, že pro respektování těchto rozdílných ztrát bylo nutné používat určité typy děličů, speciálně navržené pro daný typ interferometru. Při změně typu interferometru bylo nutno použít jiný dělič, který nebyl univerzální.

Tyto nevýhody odstraňuje asymetrický laserový interferometr s polarizujícím děličem sestávající ze zdroje světla, v jehož ose svazku paprsků je za sebou uspořádán první polarizační člen, dělicí jednotka s polarizujícím děličem, zpětné odrazné systémy, mezi nimiž jsou přídavné členy a v ose sjednocených výstupních svazků paprsků jsou za sebou uspořádány druhý polarizační člen a detekční jednotka, jehož podstatou je to, že první polarizační člen je tvořen půlvlnnou lineární zpožďovací destičkou, uloženou otočně kolem osy svazku.

Asymetrický laserový interferometr může mít první polarizační člen tvořen rotátorem.

Předností laserového interferometru podle vynálezu je, že toto uspořádání dává předpoklady pro plný kontrast interferenčních signálů a tím i vysokou spolehlivost laserového interferometru. Přitom pro různé typy asymetrických interferometrů s různými optickými členy v referenční a měrné větvi interferometru je možné použít univerzální polarizující dělič. První polarizační člen může být umístěn těsně před dělicí jednotkou anebo přímo v dělicí jednotce. V tomto případě je možné svazek světla z laseru před vstupem do interferometru libovolně dělit pomocí děličů a tento typ interferometru je možné použít v laserovém měřicím systému, obsahujícím několik interferometrů.

Vynález blíže objasní přiložený výkres, kde je schematicky uvedeno základní uspořádání interferometru, které lze využít například s

v interferometru pro měření délek ve dvou souřadnicích.

Zařízení sestává ze zdroje lineárně polarizovaného světla, například jednofrekvenčního laseru. A, prvního polarizačního členu B, dělicí jednotky C, přídavných optických členů F nebo F', zpětných odrazných systémů D a E, naříklad zpětných odražečů, a detekční jednotky K. Z laseru A vychází lineárně polarizovaný svazek a paprsků, který prochází prvním polarizačním členem B a vstupuje do dělicí jednotky C. Zde dopadá na polarizující dělicí vrstvu 1 hranolu 2. Na dělicí vrstvě 1 dochází k rozdělení svazku a paprsků na první odražený svazek aj paprsků a první propuštěný svazek b_t paprsků. První propuštěný svazek b| paprsků po průchodu přídavnými optickými členy F (pokud jsou vloženy), po odrazu od zpětného odrazného systému D, prochází opět přídavnými optickými členy F (pokud jsou vloženy) a na dělicí vrstvě 1 hranolu 2 se skládá s prvním odraženým svazkem aj paprsků, který po odrazu od dělicí vrstvy 1 již prošel přídavnými optickými členy F’, pokud jsou přítomny, byl odražen zpětným odrazným systémem E, znovu prošel přídavnými optickými členy F', pokud jsou přítomny a byl znovu odražen polarizující dělicí vrstvou 1 hranolu 2. Oba sjednocené svazky a₂, b₂ procházejí druhým polarizačním členem L, obvykle tvořeným lineární zpožďovací čtvrvlnnou destičkou 31 a vstupují do detekční jednotky

K. Na obr. jsou tyto svazky označeny jako a₃, b₃. Při dopadu na dělicí člen 3 je část obou svazků a₃ a b₃ odražena a vytváří pomocný svazek paprsků q, který prochází pomocnou zpožďovací destičkou 4 a optickým polarizačním filtrem 5 a dopadá na pomocný detektor 6. Druhá část svazku paprsků a₃, b₃, označená jako c₂, prochází dělicím členem 3, dále prochází lineární *půl vinnou zpožďovací destičkou 7 a dopadá nia další dělicí člen 8. Jedna část, označená jako první interferující svazek c₃, je dělicím členem 8 odražena kolmo k nákresně a prochází přes první optický filtr 9 a dopadá na první detektor 10, druhá část, označená jako druhý interferující svazek q, prochází přes druhý filtr 11 a dopadá na druhý detektor 12.

Funkční vlastností prvního polarizačního členu je, že natočí rovinu kmitů světla, před . dopadem na polarizující dělič tak, že rozdělené svazky světla po průchodu asymetricky uspořádanými přídavnými optickými členy .mají na výstupu z interferometru stejné intenzity, To je podmínkou pro plný kontrast interferometru. Celé zařízení podle obecného schématu na obrázku pracuje takto: svazek a paprsků, vystupující z jednofrekcenčníhó laseru A, je- lineárně polarizován v některé z hlavních rovin dělicího členu, tj. v rovině dopadu polarizující dělicí vrstvy 1 anebo v rovině k ní kolmé, prochází nejdříve prvním polarizačním členem B, který natočí rovinu kmitů a úhel a z původní roviny a svazek světla dále postupuje do dělicí jednotky C. Na dělicí vrstvě 1 polarizujícího děliče 2 dojde k rozdělení svazku a paprsků na první odražený svazek aj paprsků a první propuštěný svazek b^ paprsků. První odražený svazek aj prochází přídavnými optickými členy F' (pokud jsou přítomny),. kde dojde k jeho zeslabení v poměru propustnosti optických členů F', dále je odražen zpětným odrazným systémem E, prochází opět přídavnými optickými členy F', pokud jsou přítomny) a odráží se od dělicí vrstvy 1 polarizujícího děliče 2. Pro' první propuštěný svazek bj paprsků je uspořádání jednotlivých optických členů a jejich funkce podobná jako u prvního odraženého svazku Předpokládá se, že přídavné optické členy F, F' jsou jen v jedné cestě svazku paprsků, a to buď v cestě pivního odraženého svazku aj paprsků jsou přídavné optické členy F' anebo v cestě prvního prošlého svazku paprsků jsou přídavné optické členy F. Dále je předpokládáno, že veškerá asymetrie ztrát v interferometru je zahrnuta do těchto přídavných optických členů F nebó F' a propustnost členu F na jeden průchod je Tj a členu F' je T₂. Vliv ztrát ostatních členů, které jsou v interferometru rozloženy symetricky, již neuvažujeme.

Svazek a o intenzitě I nechť je lineárně polarizován například tak, že rovina kmitů leží v ose y, která je svislá a leží v nákresně obr. 1 v pravoúhlém souřadném systému x, y, z, kde osa Z je osou šíření svazku. Nechť první polarizační člen B natočí rovinu kmitů o úhel a. Uvažujeme pouze vliv ztrát členu F nebo F'. Potom pro intenzitu prvního odraženého svazku a₃ platí:

h = I. sin²a.

Po dvojnásobném průchodů členem F' s propustností T₂ a druhém odrazu od pólarizující dělící vrstvy 1 platí pro intenzitu svazku a₂ vystupujícího z interferometřu:

I't = I sin²a . T₂ ².

Podobně pro intenzitu svazku b₂, vystupujícího z interferometru, platí:

I'₂ = I cos²a . T,².

Dále:

I'i .. 9 T₂ ² , , T_{t t} Tj .^-.= tg²« . =-2 = 1, tga = , tt = are tg

Í2 ll 12 1?

Je-li první polarizační člen B tvořen lineární půlvlnnou -j zpožďovací destičkou, platí pro azimut například její rychlé osy vůči ~ π a ose x : Q, = - — η — ^π 1 , T₂

Qi- 2 - 2 ^arct§ Ť?

Případně při jiné polarizaci vstupního světla laseru nebo jiné orientaci rychlé osy půlvlnné destičky je azimut doplňkovým úhlem k 90°.

Q'i=-y are tg

Podobné pro úhel natočené roviny kmitů prvního polarizačního členu B v případě, že je tvořen rezonátorem, platí:

Qi = are tg

J-2 a pro fázový úhel rotátoru platí:

T á = 2 are tg ----- , i 2 popřípadě při jiné polarizaci vstupního světla je natočení roviny kmitů rotátorem doplňkovým úhlem k 90° vzhledem k Q/',

Claims (2)

1. Asymetrický laserový interferometr s polarizujícím děličem sestávající ze zdroje světla, v jehož ose svazku paprsků je za sebou uspořádán první polarizační člen, dělicí jednotka s polarizujícím děličem, zpětné odrazné systémy, mezi nimiž jsou přídavné členy a v ose sjednocených výstupních svazků paprsků jsou za sebou uspořádány druhý polarizační člen a detekční jednotka, vyznačený tím, že první polarizační člen (B) je tvořen půl vinnou lineární zpožďovací destičkou, uloženou otočně kolem osy svazku (a),

2, A symetrický laserový interferometr podle bodu 1, vyznačený tím, že první polarizační člen (B) je tvořen rotátorem.